第3篇建筑声学(PPT)

1、第3篇 建筑声学人们所处的各种空间环境，总是伴随着一定的声环境。在各种空间环境里，人们对需要(xyo)听的声音，希望听得清楚、听得好；对于不需要(xyo)听的声音，那么希望尽可能的降低，以减少其干扰。因此，适宜的声环境是人们对空间环境功能要求的组成局部。建筑声学是研究控制室内外声环境的一门重要学科。本课程的目的在于使建筑设计人员懂得控制声环境的要求、内容和方法，并能有效地综合到城市规划和建筑设计中去。第一页，共一百三十四页。第3篇 建筑声学声音与人空间大小(dxio)与声音的关系声音对人的审美感受的作用利用声音与行为的互动关系来设计环境 “雨打芭蕉 苏州拙政园的“留听阁 “秋阴不散霜飞晚，留得

2、枯荷听雨声 “听雨轩 -听雨入秋竹，留僧覆旧棋。听雨寒更彻，开门落叶深 绝对安静的影响； 音乐疗法声音与人的行为方式 音乐节奏与行为的关系噪声对人的影响 听力丧失；损害身体和精神健康；噪声与社会生活；噪声对动物的影响；噪声的其他危害。 声音(shngyn)客观存在主观(zhgun)感受生理及心理影响第二页，共一百三十四页。建筑(jinzh) 声学是研究控制室内外声环境(hunjng)的一门重要学科声环境设计:是专门研究如何为建筑使用者 创造(chungzo)一个适宜的声音环境1、音质设计 主要是音乐厅、剧院、礼堂、报告厅、多功能厅、电影院等。 设计得好:音质饱满、浑厚、有感染力、为演出和集会创

3、造良好效果。 设计得不好:嘈杂、声音或干瘪或浑浊，听不清、听不好、听不见。 2、隔声隔振 主要是有安静要求的房间，如录音室、演播室、旅馆客房、居民住宅卧室等等。第三页，共一百三十四页。4、噪声的防止与治理 了解(lioji)噪声的标准,规划建筑设计阶段如何防止噪声、出现噪声如何解决以及交通噪声治理等。3、材料的声学性能测试与研究 吸声材料：材料的吸声机理、如何测定材料的吸声系数、不同吸声材料的应用等等。 隔声材料：材料的隔声机理，如何提高材料的隔声性能，如何评定材料的隔声性能，材料隔振的机理，不同材料隔振效果等。5、其他电声：随着电子工业日新月异的开展，电声系统在建筑中的应用越来越广泛，电声系

4、统逐渐成为建筑中满足听闻功能要求的重要设备系统。第四页，共一百三十四页。第3.1章 根本知识3.1.1 根本概念周期：声源完成一次振动所经历的时间。符号：T，单位s频率：一秒钟内振动的次数。符号：f，单位：Hz。人耳可听范围：2020000Hz, 大于20000 Hz为超声，低于20 Hz为次声，250 Hz以下的通常称为低频， 250 Hz至500 Hz为中频，1kHz以上的称为高频。 其中，人耳感觉(gnju)最重要的局部约在100Hz4000Hz,相应的波长约3.4m8.5cm 第五页，共一百三十四页。第3.1章 根本知识波长：声波在传播途径(tjng)上，两个相邻同相位质点间的距离。符

5、号：，单位：m。声速：声波在弹性介质中传播的速度。符号：C,单位：m/s,介质的密度愈大，声音传播的速度愈快，在真空中的声速为0，在15C时，在空气中的速度 C=340m/s.在0时，钢=5000m/s, 水=1450m/s C = .f 或 C = / T ( f = 1/T ) 第六页，共一百三十四页。纵波: 质点振动方向与波的传递方向平行。声波横波: 质点振动方向与波的传递方向垂直。 水波波阵面：声波从声源发出，在同一介质中按一定(ydng)方向传播，在某一时刻，波动所到达的各点的包迹面称为波阵面 平面波：波阵面平行于传播方向垂直的平面的波面声源球面波：波阵面为同心球面的波点声源柱面波：

6、波阵面为同轴柱面的波线声源声线：声波的传播方向可用声线来表示(biosh)。声线是假想的垂直于波阵面的直线，主要用于几何声学中对声传播的跟踪。第七页，共一百三十四页。惠更斯Huygens原理(yunl)第八页，共一百三十四页。 原理(yunl)的依据： 波动在介质(jizh)中是逐点传播的 各质点作与波源(byun)完全相同的振动说明 .知某一时刻波前，可用几何方法决定下一时刻波前；. 该原理对非均匀媒质也成立，只是波前的形状和传播方 向可能发生变化。(1) 行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源；(2) 所有子波源各自向外发出许多子波；(3) 各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时间

7、内所传 播到的新波面。惠更斯原理：第九页，共一百三十四页。 球面波波源.平面波.传播方向t + t 波面t 波面传播方向t 波面t + t 波面utut第十页，共一百三十四页。声源的方向性 声波的传播是能量的传递，而非质点的转移。空气质点总是(zn sh)在其平衡点附近来回振动，而不传向远处。一般用声源的方向性来描述声源向空间各个方向辐射声波的能力，多用“极坐标图来表示。 声源的方向性强弱一方面与声源本身有很大关系，另一方面，与声波的频率有关。频率越高方向性越强。第十一页，共一百三十四页。频带：人耳可听的频率范围相当(xingdng)20Hz20kHz，不可能处理某一单个的频率，只能将整个可听

8、声音的频率范围划分成为许多频带，以便研究与声源频带有关的建筑材料和围蔽空间的声学特性。简单地说，频带是两个频率限值之间的连续频率，频带宽度是频率上限值与下限值之差。例如，假设任意选择的频带宽度为200Hz，第一个频带的下限频率为20Hz，上限频率为220Hz；后续的频带的下限频率和上限频率分别是220 Hz和420 Hz以及420 Hz和620 Hz，等等。第十二页，共一百三十四页。在建筑声环境的研究中，借助音乐的概念把整个(zhngg)可听频率范围划分为许多倍频带。倍频带的上限频率是下限频率的2倍，例如从200 Hz至400 Hz是一个倍频带，其相邻的一个较高的倍频带是400 Hz至800

9、Hz。因为顺序的倍频带带宽都不相等，而是增加为2倍。例如从200 Hz到400 Hz的频带，带宽是200 Hz；从400 Hz到800 Hz频带，带宽那么为400 Hz。因此，倍频带的中心频率须由上限频率与下限频率的几何平均值求得，就是上限频率与下限频率乘积的平方根。范围在200Hz至400Hz的频带，其中心频率是283Hz可由算式求得。 第十三页，共一百三十四页。将可听频率范围的声音分段测量，以中心频率作为本段的名称，分为：倍频程倍频带(pndi)：f2 / f1=2n, n=1，中心频率：125，250，500，1000，2000，4000Hz。1/3倍频程1/3倍频带： f2 / f1=

10、2n, n=1/3中心频率是上限和下限的几何平均值 f = f1 f2 f1=f 2n求上限和下限频率：如中心频率为500 Hz的下限频率为f1=356Hz; 上限频率为f2=710 Hz 第十四页，共一百三十四页。例如，把中心频率为125Hz的倍频带分为3个1/3倍频带时，它们(t men)的中心频率分别是100Hz由125Hz被1.26除、125Hz及160Hz由125Hz乘1.26。 第十五页，共一百三十四页。将可听频率范围的声音分段测量，以中心频率作为(zuwi)本段的名称，分为：倍频程倍频带：f2 / f1=2n, n=1，中心频率：125，250，500，1000，2000，400

11、0Hz。1/3倍频程1/3倍频带： f2 / f1=2n, n=1/33.1.2 声能分析透射系数： = ， 小为隔声材料反射系数： = ， 小为吸声材料吸声系数： = 1- = 1- = 吸声系数是指被吸收的声能即没有被外表反射的局部与入射声能之比。E 0E E E E E 0E E 0E E 0E 0E + E 第十六页，共一百三十四页。3.1.3声音(shngyn)的计量声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声音能量，记作W，单位为瓦W或微瓦W。在建筑声学中，对声源辐射的声功率，一般可看作是不随环境条件而改变的、属于声源本身的一种特性。所有声源的平均声功率都是很微小的。一个人在室内说话，自

12、己感到比较适宜时，其声功率大致是1050W，400万人同时大声(d shn)讲话产生的功率只相当于一只40W灯泡的电功率，独唱或一件乐器辐射的声功率为几百至几千微瓦。充分而合理地利用人们讲话、演唱时发出的有限声功率，是室内声学研究的主要内容之一。第十七页，共一百三十四页。3.1.3.1 声功率、声强、声压声功率：声源(shn yun)在单位时间内向外辐射的声能，符号：W，单位：瓦W， 微瓦W声强：在单位时间内，垂直于声波传播方向的单位面积所通过的声能。符号：I，单位：W/m2， 在自由声场，点声源的声强随距离的平方呈反比，遵循平方反比定律： I= (W/m2 平面波声强不变。 I= (W/m2

13、 线声源的柱面波声强： I= (W/m2W4r2 W2r1mWSS第十八页，共一百三十四页。声压：某瞬时，介质中的压强相对于无声波时压强的改变量。符号：p,单位：N/m2, Pa帕， b微巴。1N/m2 = 1 Pa = 10 b在自由声场(shn chn),声压与声强的关系: I= (W/m2)式中 : p有效声压，N/m2； 0空气密度，kg/m3,一般取1.225 kg/m3； c空气中的声速，340m/s; 0c介质的特性阻抗，20C时为415NS/ m3。 声压和声强有密切的关系，在自由声场中，测得声压和测点到声源的距离，就可计算出该测点之声强和声源的声功率 p2 0c 第十九页，共

14、一百三十四页。3.1.3.2 分贝(fnbi)、声功率级、声强级、声压级、声音的叠加对于频率为1000 HZ的声音，听阈范围 下限 10-12 W/m2声强 上下相差一万亿倍 上限 1 W/m2 下限 210-5 N/m2声压 上下相差一百万倍 上限 20 N/m2 因此直接(zhji)用声强、声压来度量 声音的强弱是很不方便，而且人耳对声音大小的感觉并不与声强、声压成正比，即人耳对声音变化的反响不是线性的，而是近似地与它们对数值成正比。 如果以10倍为一级，即比照值为10 , X 为级数： =10 x X=log10 =lg BL贝尔=10lgdB分贝 I I0 I I0 I0 I I0 I

15、第二十页，共一百三十四页。声压级：一个声音的声压与基准声压之比的常用对数乘以20。 p = 20lg (dB) 在0120分贝之间式中 p参考声压基准声压， pm2，使人耳感 到 疼痛的上限声压为m2 当P= m2 时p = 20lg =120dB 从式中可知，声压每增加(zngji)一倍，声压级就增加(zngji)dB,声压增加(zngji)10倍声压级增加(zngji) dB。声强级：一个声音的声强与基准声强之比的常用对数乘以10。 I = 10lg (dB) 在0120分贝之间式中I0参考声强基准声强， I0 W/m2，使人耳感到疼痛的上限声压为0 W/m2。 20 p0 p I I0第

16、二十一页，共一百三十四页。声功率级：一个声音的声功率与基准声功率之比的常用对数乘以10。 W = 10lg (dB) 在0120分贝(fnbi)之间式中参考声功率基准声功率， W 作业 ：证明两个数值不相等的声压级叠加p1Lp2): 叠加后的声压级 Lp=Lp1+10lg (1+10 ) (dB)声音的叠加：声音的叠加不能将分贝值直接相加减，应将声压或声强相加减后再求声压级、声强级。声压级的叠加： Lp= 20lg = 20lg = Lp1+10lg n (当P1=P2=P3=二个相同声源声压叠加后n=2，总声压级比一个声压级增加dB W W0 LP1Lp2 10 P12+ P22+ P32+

17、 P0 P0 nP12第二十二页，共一百三十四页。如果声压(shn y)级改变1dB，人们很难觉察这种变化，因此，对于声压(shn y)级总是以整数表示。人耳能判断的声压(shn y)最小变化是3dB，对于5dB的变化那么有明显的感觉。在分贝标度中，声压(shn y)每加1倍，声压(shn y)级就增加6dB；声压(shn y)每乘10，声压(shn y)级就增加20dB；声压(shn y)级每增加10dB，人耳主观听闻的响度大致增加1倍。人们长时间暴露在高于80dB的噪声级下，有可能导致暂时的或永久的听力损失。第二十三页，共一百三十四页。声压级相加的简单实用方法包括两个步骤：首先(shuxi

18、n)，算出拟相加的两个声压级差；其次，依下表决定拟加到较高一个声压级上的数值.例12 在人行道测得2辆汽车声音的声压级分别是77dB和80dB，它们的总声压级是多少？解：两个声音的声压级差为80773dB，由表11可知需加在较高一个声压级上的量为2dB，所以总声压级为80282dB。 第二十四页，共一百三十四页。例:一个工业车间现有的噪声级为87dB，拟在车间新增加5台设备，每台设备噪声的声压级各为80dB。求安装(nzhung)新设备后车间噪声的总声压级。解：依前式可以算得新增5台设备的总声压级为8010lg5=87dB。依表11可知安装新设备后车间噪声的总声压级为90dB。由前述可知，3d

19、B的增加是人耳能判断的变化。第二十五页，共一百三十四页。以上诸例说明：由许多声音组成的总声压级，并不与所组成的声源(shn yun)数量多少成比例，随着声压级的相加，各个声源(shn yun)在总的声压级增量中所起的作用逐渐减小；如果两个声音的声压级相等，总声压级比单个的声压级增加3dB，当声压级差大于10dB，总声压级就不在增加第二十六页，共一百三十四页。例: 在一个吵闹车间(chjin)里测量的总声压级为92dB，当某设备停止运转后，车间(chjin)里背景噪声的声压级为88dB。求该停运设备在运转时的声压级。解：LP总LP背景92884dB，由表12可知需在总声压级中扣除2dB，所以该设

20、备在运转时的声压级为90dB。第二十七页，共一百三十四页。声强级叠加： LI= 10 lg = 10 lg ( + + + ) 3.1.4声音在户外的传播(chunb)一点声源随距离的衰减 在自由声场中，声功率为 W 的点声源，在与声源距离为 r 处的声压级 Lp 和距离 r 的关系式： Lp = L I =10 lg =10 lg = 10 lg Lp =Lw 11 20 lg r dB 从上式可以看出，观测点与声源的距离增加一倍，声压级降低 6 dB， I1+ I2+ I3+ I0 I0 I1 I2 I3 I0 I0W I I04r2 W 14r2 第二十八页，共一百三十四页。二线声源随距

21、离的衰减 线声源，如公路上的车辆，声波(shn b)以圆柱状向外传播，当线声源单位长度的声功率为W，在与声源距离为 r 处的声强为 W I = 2r声压级为： Lp = Lw 8 10 lgr dB 因此，观测点与声源的距离每增加一倍，声压级降低3 dB。三面声源随距离的衰减 如果观测点与声源的距离比较近，声能没有衰减，在距声源较远的观测点有3 6dB的衰减。第二十九页，共一百三十四页。3.1.5声音的三要素音调的高度由频率(pnl)决定音量的大小由声压级或声强级决定音色的好坏由频谱决定 频谱表示某声音的频率组成及各频率音量的大小关系。 频率(pnl) 声压级 第三十页，共一百三十四页。我们熟

22、知的由敲击音叉所听到的单一频率的声音称为纯音。然而由一件乐器发出的声音，往往包含有一系列的频率成分，其中的一个最低频率的声音称为基音，人们据以区分其音调，其频率称为基频；另一些那么称为谐音，它们的频率都是这个最低频率的整数倍，这些频率称为谐频，把它们组合在一起时，那么决定了声音的音色或音质。借助于这个特性，才可能(knng)对不同乐器发出的声音加以区别，音乐声只含有基频和谐频，而谐频是基频的整数倍，所以音乐的频谱是断续的线状谱。 第三十一页，共一百三十四页。3.1.6 声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射、干预一声反射 声波在传播过程中，遇到介质密度变化时会发生反射。对于平面，反射声波呈球

23、状分布，曲率中心就是声源的“像。凹面使声波聚集，凸面使声波发散。 二声折射 声波在传播过程中，遇到介质密度变化时还会发生折射。声波在空气中传播时，白天由于(yuy)近地面的气温较高，声速较大，声速随地面高度的增加而减少导致 传播方向向上弯曲；夜晚相反。 S S i r Sini Sin = C1 C2第三十二页，共一百三十四页。三声衍射(ynsh)声音在传播的过程中，如果遇到比波长大的障壁或构件时，在其背后(bihu)会出现声影，声音绕过壁边缘进入声影的现象叫声衍射。同样尺寸的反射板对低频声的衍射作用较大，反射作用较少。 解释(jish) 波到达狭缝处，缝上各点都可看作子波源，作出子波包络，得

24、到新的波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。声衍射现象是声波动特征之一。第三十三页，共一百三十四页。四声扩散反射(fnsh) 声波在传播过程中，如果遇到外表有凸凹变化的反射面，就会被分解成许多小的比较弱的反射声波，这种现象称为扩散反射。 扩散反射类似于光由粗糙的粉刷墙面或磨砂玻璃外表的反射。导致声波扩散反射的外表必须很不规那么，其不规那么的尺度应与声波波长相当。 第三十四页，共一百三十四页。五声吸收 吸声系数(xsh)是指被吸收的声能即没有被外表反射的局部与入射声能之比。 材料的吸声量：材料外表的面积平方米乘以材料的吸声系数。单位为平方米m2六声透射

25、 材料的透声能力以透射系数 表示，材料的透声能力愈强 值大，材料的隔声能力愈差。工程中用隔声量表示建筑构件的隔声性能。第三十五页，共一百三十四页。隔声量: R= 10 lg = 10 lg = 10 lg E0 10 lg E隔声量：墙或构件的一侧入射声能与另一侧透射声能相 差的分贝值。3.1.7 声音在围蔽空间的传播特征驻波和房间共振、混响时间、室内声压级3.1.7.1 驻波和房间共振一驻波 当两列相同的波在同一直线上相向传播时，叠加后产生(chnshng)的波。相距为L的两平行墙产生(chnshng)驻波的条件是： L = n m n = 1，2，3 。 2 1 E 0E L第三十六页，共

26、一百三十四页。七波的干预(gny)波的干预现象：频率相同(xin tn)的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开，这种现象叫做波的干预现象。第三十七页，共一百三十四页。 当同一质元同时参与两个或两个以上的振动时，该质点的振动是所有分振动的合振动。当介质中有两列或两列以上的波动时，介质中任一质元运动情况(qngkung)如何？ 当介质中有两列或两列以上的波动时，介质中任一质元也将同时参与(cny)两个或两个以上的振动。现在讨论其规律，也就是波的合成。第三十八页，共一百三十四页。1.波的独立作用原理几列波在传播时，无论(wln)是否相遇，都

27、将保持各自原有特性频率、波长、振幅、振动方向不变，互不干扰地各自独立传播。2. 波的叠加原理在相遇区域内任一点的振动,为各列波单独(dnd)存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。(一)波的叠加原理(yunl)第三十九页，共一百三十四页。 1、干预(gny)现象两列波相遇区域内振动在空间上出 现稳定的周期性的强弱分布的现象。1) 频率(pnl)相同；2) 振动方向(fngxing)相同；3) 同相或相位差恒定。 满足上述三条件的波称为相干波，其波源称为相干波源。2、相干波条件(二)波的干预现象第四十页，共一百三十四页。加强(jiqing)减弱(jinru)第四十一页，共一百三十四页。第四十二页，

28、共一百三十四页。3.1.7 驻波和房间共振、混响时间、室内声压级3.1.7.1 驻波和房间共振一驻波 当两列相同的波在同一直线上相向(xingxing)传播时，叠加后产生的波。相距为L的两平行墙产生驻波的条件是： L = n m n = 1，2，3 2 1 L第四十三页，共一百三十四页。驻波的现象 1、一列波在向前传播的途中遇到障碍物或两种介质的分界面时，会发生反射，如果反射波和原来向前传播的波相互叠加。1波节：弦线上有些始终静止不动的点叫做波节。2波腹：在波节和波节之间的那段弦线上，各质点以相同的频率，相同的步调振动，但振幅不同，振幅最大的那些点叫波腹。3驻波：波形虽然随时间而改变，但是不向

29、任何方向移动，这种现象叫做驻波。 2. 驻波的产生： 两列沿相反(xingfn)方向传播的振幅相同，频率相同的波叠加时，形成驻波。 3. 驻波是一种特殊的干预现象。第四十四页，共一百三十四页。围蔽空间是复杂的共振系统，不只有上述(shngsh)的一维驻波，或称简正振动、简正波。对于一个矩形围蔽空间，其简正频率的计算式为：Lx 、Ly、 Lz-分别为房间的3个边长m；nx、 ny、 nz -分别为任意正整数；c-空气中的声速m/s。第四十五页，共一百三十四页。在矩形(jxng)房间中的共振 1轴向共振；2切向共振； 3斜向共振 第四十六页，共一百三十四页。房间对不同的频率有不同的“响应，房间本身

30、有共振频率也称“固有频率或“简正频率。声源(shn yun)的频率与房间的共振频率越接近，越易引起房间的共振，共振频率的声能密度也就越强。 第四十七页，共一百三十四页。驻波：由于频率相同的同类自由行波相互干预而形成的空间分布固定的周期波。 声染色房间共振：由于共振频率的叠加，使某些与共振频率相同的声音被大大加强，导致室内原有声音失真的现象。 克服由于声染色房间共振导致室内原有声音失真的方法：(1) 选择适宜的房间尺寸、比例，房间的三个尺度不相等或不成整数倍。小房间: 高:宽:长=1 : 1.25 : 1.6大房间: 高:宽:长=1 : 1.5 : 2.5(2) 用不规那么外表作声扩散(kusn

31、)以及适当布置吸声材料;(3) 将房间作成不规那么的形状。第四十八页，共一百三十四页。第四十九页，共一百三十四页。3.1.7.2 混响和混响时间计算混响:是指声源停止发声后，在声场中还存在着来自各个(gg)界面的迟到的反射声形成的声音的“残留现象。这种残留现象的长短以混响时间来表示 。 混响是在声源停止发声后，声音由于屡次反射或散射而延续的现象；或者声源停止发声后，由于屡次反射或散射而延续的声音。两个相继到达的声音时差超过50ms时相当于直达声与反射声之间的声程差大于17m，人耳能分辩出来自不同方向的两个独立的声音，这时有可能出现回声。 第五十页，共一百三十四页。3.1.7.2 混响时间 混响

32、：声源停止发声后，声音由于房间界面的屡次(lc)反射或散射而逐 渐衰减的现象。 声音的增长、稳态、衰减 声压级 时间(shjin)s 衰减(shui jin) 稳态 增长60dB混响时间s第五十一页，共一百三十四页。室内声音(shngyn)的增长、稳态和衰减 第五十二页，共一百三十四页。混响时间：当室内声场到达稳态，声源停止发声后，声音衰减60dB所经历的时间叫混响时间，符号(fho)：T60 ，单位：s 。一 赛宾Sabine混响时间计算公式 T60 = ( s ) ( 0.2 ) 式中 V 房间容积，m3； A 室内总吸声量，A = S ； m2 S 室内总外表积， m2； 室内平均吸声系

33、数。 1S1 + 2S2 + + nSn = S1 + S2 + + Sn 式中 1 ， 2 n 不同材料的吸声系数； S1，S2 Sn 室内不同材料的外表积， m2。赛宾Sabine混响时间计算公式只适用于室内平均吸声系数较小 0.2的房间的混响时间计算，否那么计算误差较大。 A 0.161V 第五十三页，共一百三十四页。赛宾Sabine,Wallace Clement Ware 美国物理学家。1868年6月13日生于俄亥俄州里奇伍德；1919年1月10日卒于马萨诸塞州坎布里奇。 赛宾于1886年毕业于俄亥俄国大学，后入哈佛大学攻读研究生。最后在哈佛任教并于1905年成为该校的物理学教授。第

34、一座按照赛宾的原理进行设计的建筑物是1900年10月15日落成的波士顿音乐厅。此音乐厅被证明是一项巨大的成功。 塞宾公式是建立在室内声场扩散的根底上，该式的运用有一定限制。例如一个尺寸为654m高的房间，如果各个外表对入射的声能完吸收即A=s=s，是一个“寂静的房间即消声室。把上述数据(shj)代入塞宾公式，得到混响时间为0.13s而不是0值。第五十四页，共一百三十四页。为了有一定程度的扩散，房间在声学上必须是“活泼的，即其外表要有相当的反射率。如果房间外表的平均(pngjn)吸声系数到达0.2或稍少一点，一般认为这种房间是“活泼的。换句话说，塞宾公式限用于平均吸声系数 0.2的房间。如果房间

35、外表都是很好的反射面即=0 ，正如所预计的，依赛宾公式计算的混响时间是无限长。第五十五页，共一百三十四页。一般的讲演厅、会堂等可以认为是“活泼的或接近于“活泼的房间，运用赛宾公式计算有效(yuxio)的。对于不“活泼的房间或吸声材料分布很不均匀的房间以及相对“寂静的房间的混响计算，可用作了某些修正的下述伊林(Eyring)公式 ：式中: S1、S2、S3、. Sn 室内界面不同材料的外表m2； 1 、 n不同材料的吸声系数。 第五十六页，共一百三十四页。二 伊林努特生 Eyring-Knudsen混响时间计算(j sun)公式用于工程计算(j sun) 0.161V T60 = ( s ) S

36、 ln1 + 4mV式中 V 房间容积，m3； A 室内总吸声量，A = S ； m2 S 室内总外表积， m2； 室内平均吸声系数。式中 4m 空气吸收系数：空气中的水蒸汽、灰尘的分子对波长较小，一般指1000Hz以上的高频声音的吸收作用。第五十七页，共一百三十四页。室内(sh ni)平均吸声系数 的求法S2S1 = 坐席(zux)占地面积S( S S1) +N1 1 +N2 2S1 坐席(zux)占地面积N1 满坐席位数N2 空坐席位数S室内总外表积 1 一个满坐席位的吸声量 2 一个空坐席位的吸声量 除坐席占地外的室内其他外表 的平均吸声系数第五十八页，共一百三十四页。对于在声场中的人如

37、观众和物如座椅、或空间吸声体，其面积很难确定，表征它们的吸声特性，有时不用吸声系数(xsh)，而直接用单个人或物的吸声量。当房间中有假设干个人或物时，他它们的吸声量是用数量乘个体吸声量，然后再把结构纳入房间总的吸声量中。第五十九页，共一百三十四页。混响时间T60；或记为RTReverberation Time，是第一个也是最重要的音质评价物理指标。混响时间与音质的饱满度和清晰度有关。一般而言，混响时间长那么饱满度增加，而清晰度下降。这是因为混响时间长，对于聆听演奏而言，那么音的起奏和自然衰变都可能淹没在混响声中而显得模糊不清。对于语言声也有类似的情况。过长的混响时间，使语言听闻模糊不清。但是假

38、设混响时间过短，那么说明厅堂各界面的反射声过弱，声吸收(xshu)过大，就会影响音质的饱满度。第六十页，共一百三十四页。一般而言，对于以语言听闻为主的厅堂，如教室、演讲厅、话剧院等，不希望混响时间过长，以1s左右为宜；而对于以听音乐为主的厅堂，如音乐厅等，那么希望混响时间较长些。对于语言听闻与音乐并重的厅堂，如歌剧院，多功能厅的混响时间，可取折衷值，为1.31.5s。总之，必须(bx)针对具体厅堂的主要用途选择最正确混响时间，以到达饱满度和清晰度适当平衡。 第六十一页，共一百三十四页。对不同厅堂推荐(tujin)的中频500Hz与1000Hz倍频程的平均值混响时间见表 第六十二页，共一百三十四

39、页。第六十三页，共一百三十四页。混响时间计算的不确定性室内条件与原公式假设(jish)条件一、声场是均匀的；二、声场是完全扩散的并不完全一致。1室内吸声分布不均匀 ； 2室内形状，高宽比例过大 ，造成声场分布不均匀，扩散不完全， 计算用材料的吸声系数与实际情况有误差，一般误差在10%15% 计算RT的意义：1“控制性地指导材料的选择与布置；2预测建筑厅堂室内的声学效果；3分析现有的音质问题 。第六十四页，共一百三十四页。3.1.7.2 室内稳态声压级当一声功率级为LW的声源在室内连续发声，声场到达稳定状态时，距离声源为r处的稳态声压级由直达声与混响声两局部组成。其中直达声声强与r之平方成反比，

40、混响声的强度那么主要决定于室内的吸声状况(zhungkung)。在室内距离声源r处的声压级可按下式计算：第六十五页，共一百三十四页。Q-声源指向(zh xin)因数 第六十六页，共一百三十四页。 室内声压级 Q 4 Lp = 10lgW + 10lg + + 120 dB 4 r2 R或写为 Q 4 Lp = Lw+ 10lg + )dB( Lw = 10lgW + 120 ) 4 r2 R式中 W 声源(shn yun)的声功率， W ； r 测点和声源间的距离，m； S R 房间常数， R = m2 1- 值趋近1时， Lp =Lw 11 20 lg r 与自由声场相同 室内平均吸声系数；

41、 S 室内总外表积， m2； Q 声源的指向性因数，第六十七页，共一百三十四页。例:位于房间中部的一个无方向性声源在频率500Hz的声功率级为105dB基准声功率为10-12W，房间的总外表积为400m2，对频率为500Hz声音的平均(pngjn)吸声系数为0.1。求在与声源距离3m处的声压级。解：该声源(shn yun)的指向性因数=1。将各数据代入公式，那么有：第六十八页，共一百三十四页。3.1.8 人对声音(shngyn)的感受实验证明，不同频率，相同声压级的声音，人听起来的响度感觉(gnju)不一样。 在800Hz1500Hz的频率范围内，听阈没有显著变化；低于800Hz，听觉的灵敏度

42、随频率的降低而降低。例如400Hz时，灵敏度为标准阈强度的1/10；频率为40Hz时只有1/106；最灵敏的听觉范围大致在3000Hz4000Hz，几乎是标准阈强度的10倍；在高于6000Hz的频率，灵敏度又减小。第六十九页，共一百三十四页。3.1.8 人对声音的感受一时差效应(xioyng)：人耳的听觉暂留为50ms，如果直达声和反射声的时间差大于50ms，即声程差大于17m0.05s340m/s),可能听到回声。 第七十页，共一百三十四页。时差效应的简单实验一个(y )简单的实验可以说明时差效应。如果站在离高大照壁25mm远处大喊一声，就能清楚地听到回声，因为反射声经过50m的行程，比直达

43、声迟到147ms.如果站在离照壁20m处发出同样的声音，那么回声更响，因反射声的行程缩短为40m，相对于直达声的时间延迟为118ms。如果站到离照壁仅为3m远处，此时反射声的行程只有6m，相当于时延18ms，此时听不出回声。第七十一页，共一百三十四页。 哈斯(Hass)效应人耳有声觉暂留现象就像人眼视觉暂留：20ms以内连续，人对声音的感觉在声音消失后会暂留一小段时间。 如果到达人耳的两个(lin )声音的时间间隔小于50ms，那么就不会觉得声音是断续的。直达声到达后50ms以内到达的反射声会加强直达声。直达声到达后50ms后到达的“强反射声会产生“回声哈斯效应。 根据哈斯效应，人耳在多声源发

44、声内容相同的情况下，判断声源位置主要是根据“第一次到达的声音。因此，剧场演出时，多扬声器的情况下要考虑“声象定位的问题。 第七十二页，共一百三十四页。两个声音的响度相加并且集成为一个声音，认为所有的声音都是来自把声音首先传播到听者的声源。换句话说，由首先到达听者的声音确定声源位置。对于声音只是来自第一个较早到达的声源的错觉称为(chn wi)优先效应。 第七十三页，共一百三十四页。二 响度级：如果某一声音与已定的1000Hz的纯音听起来一样响，这个1000Hz纯音的声压级就定义为待测声音的响度级，单位是方Phon。人耳对不同频率的声音的感受性是不同的。响度级结合(jih)了声压级和频率，反映了

45、人耳对各种频率声音响度的感受性，其单位是方phon。第七十四页，共一百三十四页。在无回声室内，以1000赫兹的纯音为基准音，两两比较其他频率声音(shngyn)比较音的主观响度。当认为比较音同基准音一样响时，那么比较音的响度级方值在数值上就等于那个等响的基准音的声压级分贝。如100赫兹67分贝的纯音和1000赫兹60分贝的纯音等响，那么100赫兹67分贝的比较音的响度级即为60方。用上述方法可得到整个可听域中不同频率不同声强纯音的响度级。 第七十五页，共一百三十四页。在1000Hz的40dB的声音正好与100Hz的50dB或5000Hz的35dB一样响。人耳对低频声的灵敏度较差，这一特点有助于

46、减弱低频声的干扰；人耳对频率(pnl)为20005000Hz声音的灵敏度很高，这对于听闻语言和欣赏音乐，都是很重要的频率(pnl)范围。由等响曲线可知1当声音的声压级较小时，人对高频声敏感。2当声音的声压级较大时人对高、低频声响度感觉(gnju)比较一致。第七十六页，共一百三十四页。对在两个声音声级之间差异的主观感受的变化，可以用右图说明。由图可知，对于声压级1dB的改变只能在实验室环境里检测出来；3dB的改变相当于声音能量增加(zngji)1倍，可以在一般的室内环境中感觉出来。另一方面，如果要使主观感受的声音响度增加(zngji)1倍或减为1/2，那么声压级的改变须有10dB。为了在房屋建筑

47、中有效处理噪声控制问题，必须记住人耳听觉响应的这种特性，也就是说，只有12dB的改进不可能有明显的降噪效果。第七十七页，共一百三十四页。 三声级计 A声级声级计是利用声电转换系统并反映人耳听觉特征的测量设备，即按照一定的频率计权和时间计权测量声压级和声级的仪器，是声环境测量中最常用的仪器之一。声级计中的计权网络想象地模拟正常人耳对不同频率声音的响应，使各个频率对总声级读数提供的数量(shling)近似地与人们对该频率的主观响应成比例并对测量的量以单一数值表示。 第七十八页，共一百三十四页。对于复合声，不能使用纯音等响曲线，其响度级需通过计算求得。目前在测量声音响度级与声压级时所使用的仪器称为“

48、声级计。在声级计中设有A、B、C三个计权网络，这三个计权网络大致是参考某几条等响曲线而设计的。他们(t men)与相应的曲线是倒置关系： A计权网络是参考40方等响曲线，对500HZ以下的声音有较大的衰减，以模仿人耳对低频不敏感的特性。 C计权网络具有接近线性的较平坦的特性，在整个可听范围内几乎不衰减，以模仿人耳对85(N)方以上的听觉响应，可代表 总声压级。 第七十九页，共一百三十四页。声级计的计权特性已经由国际电工委员会规定了A、B、C及D 4种频率计权特性，在声级计中，A计权特性参考40方等响线，对500Hz以下的声音有较大的衰减，模拟人耳对低频声不敏感的特性。用A计权网络测得的声压级称

49、为A声级，记作dB(A) 。由于A声级应用(yngyng)最广泛，因此，声级计中都具有A计权网络。图11-30给出了A计权网络对不同频率响应的降低值。如果将该图与图11-28比较，那么可以看出该曲线与40方曲线的倒置大致相同。倘假设已经知道一个噪声的频谱，就可以将这些数值转换为在声级计上读出的等效的。第八十页，共一百三十四页。计权Weighted也称加权，有两种含义：一是考虑到设备在正常使用和测量时的条件不同，对测量值所加的人为修正，称为加权。或者在测量中附加的一种校正系数，以正确地反映被测对象。如在测量噪声时，由于人耳对15kHz的灵敏度最高，对低频分量不敏感，从听觉上评价噪声大小时，必须对

50、音频频谱的各局部进行计权，即在测量噪声时需要使它通过一个与听觉频率特性等效的滤波器，以反映人耳在3000Hz附近敏锐的灵敏度和60Hz时较差的灵敏度，这就是计权。由于人耳的频率响应随声音的响度而变，故对不同的响度或声压级的声音使用不同的计权曲线(qxin)。目前，普遍采用计权曲线(qxin)A，并用dB(A)表示这种A计权的测量值。第八十一页，共一百三十四页。为了模拟人耳听觉在不同频率有不同的灵敏性，在声级计内设有一种能够模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听感近似值的网络，这种网络叫作计权网络。通过计权网络测得的声压级，已不再(b zi)是客观物理量的声压级叫线性声压级，而是经过听感修正的声

51、压级，叫作计权声级或噪声级。第八十二页，共一百三十四页。计权网络一般有A、B、C三种。A计权声级是模拟人耳对55dB以下低强度(qingd)噪声的频率特性，B计权声级是模拟55dB到85dB的中等强度(qingd)噪声的频率特性，C计权声级是模拟高强度(qingd)噪声的频率特性。三者的主要差异是对噪声低频成分的衰减程度，A衰减最多，B次之，C最少。第八十三页，共一百三十四页。A计权声级由于其特性曲线接近于人耳的听感特性，因此是目前世界上噪声测量(cling)中应用最广泛的一种，B、C已逐渐不用。从声级计上得出的噪声级读数，必须注明测量(cling)条件，如单位为dB，且使用的是A计权网络，那

52、么应记为dB( A)第八十四页，共一百三十四页。第八十五页，共一百三十四页。第八十六页，共一百三十四页。四掩蔽(ynb)效应人对声音感受的另一个重要方面是声掩蔽,在日常生活中几乎每天都会有这种感受。人的听觉系统(xtng)能够分辨同时存在的几个声音，但假设其中某个声音的声压级明显增大，别的声音就难以听清甚至听不到了。 一个声音的听阈因另一个掩蔽声音的存在而提高的现象称为听觉掩蔽，提高的数值称为掩蔽量。例如某声音的听阈为50dB，但在较吵闹的环境中要提高到65dB才能被听到，掩蔽量就是65-50=15dB。 一个既定频率的声音容易受到相同频率声音的掩蔽，声压级愈高，掩蔽量愈大；低频声能够有效地掩

53、蔽高频声，但高频声对低频声的掩蔽作用不大。人们在鼓风机房里因强烈的低频噪声很难交谈，而在电锯车间虽然噪声刺耳，但可近距离交谈的感受正说明这一点。第八十七页，共一百三十四页。第3.2章 吸声材料和隔声( shn)材料构造3.2.1 吸声材料构造重点掌握各种吸声材料构造)的吸声机理 、吸声特性及吸声特性曲线3.2.1.1 多孔吸声材料材料：玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、矿棉散状、毡片、泡沫塑料、毛毡、木丝板、微孔吸声砖等。一、吸声机理参见教材 P367二、吸声特性 三、吸声特性曲线 多孔吸声材料的吸声系数随声波的频率的提高而增加。即对中高频的声音有较大的吸声系数，当背后(bihu)有空气层时还能吸收低

54、频声。 频率(pnl)fHz 吸声声系数0.40.60.81.00.20第八十八页，共一百三十四页。四、影响因素1.材料中的空气流阻：材料两边静压差和空气流动速度之比称为单位面积流阻。多孔材料存在最正确流阻。2.材料的孔隙率：70% 80%。 孔隙率是指材料中连通的孔隙的体积与总体积之比。3.厚度：厚度增加，中低频吸收增加。 上两项测量不便，通常以材料的厚度和表观密度来控制材料吸声特性。随着材料厚度的增加，中、低频范围的吸声系数会有所增加。4.背后条件：后边留空气层与填充同样材料效果近似。5.吸收频率：多孔吸声材料，对于中、高频有较大的吸声系数。材料吸声系数可以用驻波管法测声波垂直入射时的吸声

55、系数。用混响室法测无规那么入射时的吸声系数。6.吸湿、吸水的影响：材料含水率越高，对材料的吸声系数影响越大。7.饰面材料的影响 罩面材料用金属网、窗纱、纺织品，0.05mm塑料薄膜(s lio bo m)，穿孔率20%的穿孔板。第八十九页，共一百三十四页。第九十页，共一百三十四页。第九十一页，共一百三十四页。第九十二页，共一百三十四页。3.2.1.2 共振吸声结构一空腔共振吸声结构穿孔板共振吸声结构亥姆霍兹(Helmholz)共振器穿孔石棉水泥板、石膏板、硬质纤维板、金属板。(金属微穿孔板吸声结构1、吸声机理(参见教材 P370)共振频率： f0 = 式中 c 声速，34000cm/s, S

56、颈口面积，cm2 ； V 空腔容积，cm3；t 孔颈深度板厚，cm； 开口末端(m dun)修正量，cm，直径为 d 的圆孔 0.8d。 2、吸声特性 共振频率处吸声系数最大，板后放多孔吸声材料时，能加大声音吸收的频率范围，板后有大空腔如吊顶能增加低频吸收。VdKtMVdtV(t + ) S2c第九十三页，共一百三十四页。当孔的深度 t 和孔径 d 比声波(shn b)波长小得多时,孔径中的空气柱弹性变形小，可作为质量块，类似活塞。空腔V中的空气起着空气弹簧的作用。当外界入射波的频率等系统的固有频率时，孔径中的空气柱就由于共振而产生剧烈震动在振动过程中，克服摩擦阻力而消耗声能。 第九十四页，共

57、一百三十四页。第九十五页，共一百三十四页。 3、吸声特性(txng)曲线 频率(pnl)fHz 吸声(x shn)声系数01.0 f = f00.6 二薄膜、薄板吸声结构薄膜材料：皮革，人造革，塑料薄膜，帆布，薄板材料：胶合板、石棉水泥板、石膏板、 硬质纤维板、金属板。 1、吸声机理 薄膜、薄板与在它们背后的空气层构成共振系统，当投射到薄膜、薄板上的声波频率和这一系统的共振频率一致时，薄膜、薄板就发生共振，由于内部摩擦而吸收声音。第九十六页，共一百三十四页。2、吸声特性1薄膜吸声特性 共振频率： f0 Hz) 式中 m 膜的平均单位面积(min j)质量，kg/m2； L 背后空气层的厚度，c

58、m。薄膜这种系统的共振频率通常是2001000Hz，最大的吸收系数0.30.4，可用作为主要是对中频范围的吸声材料。 2薄板吸声特性 共振频率参见教材 P373薄板这种系统的共振频率通常是80300Hz，其吸收系数约为0.20.5，可用作为低频声音的吸声材料。薄板后的空气层里填放多孔吸声材料时，会使吸收系数的峰值有所增加。 600 m L第九十七页，共一百三十四页。 f = f0 吸声(x shn)声系数 频率(pnl)fHz1.00.60 3、吸声(x shn)特性曲线 3.2.1.3其它吸声结构一空间吸声体 空间吸声体上下前后左右都能吸收声音，所以它的吸声面积大于投影面积，吸声系数可能大于

59、1。二吸声尖劈 用于无回声室消声室，为了接近自由声场，0.99。吸声尖劈用3.23.5mm钢筋做成楔形框架，底部20cm60cm15cm，尖长125cm，外包玻璃布，内装玻璃棉毡。第九十八页，共一百三十四页。三可变吸声结构四洞口 朝向自由声场的洞 1。 不朝向自由声场，如朝向舞台，过道，房间的洞口 = 0.30.5。五人和家具如坐椅等 吸声量个数 单个吸声量，或 吸声量有效面积 吸声系数(xsh)。 3.2.1.4 吸声材料的选用 除了考虑建筑声学设计要求外，还应考虑材料的装饰性，材料的强度、防火、防潮、反光、清洁、维护造价等。第九十九页，共一百三十四页。吸声在建筑声学中的应用举例 室内音质的

60、控制(kngzh) 玻璃棉产品可以制成吊顶板、贴墙板、空间吸声体等，在建筑室内起到吸声作用，降低混响时间。 一般地，房间体积越大，混响时间越长，语言清晰度越差，为了保证语言清晰度，需要在室内做吸声，控制混响时间。如礼堂、教室、体育场，电影院。 对音乐用建筑，为了保证一定饱满度，混响时间要比较长一些，但也不能过长，可以使用吸声控制。在厅堂建筑中，为了防止回声、声聚焦等声学缺陷，常在后墙面、二层眺台栏杆面、侧墙面及局部使用吸声。吸声降噪 ：在车间、厂房、大的开敞式空间机场大厅、办公室、展厅等，由于混响声的原因，会使噪声比之同样声源在室外高10-15dB。，通过在室内布置吸声材料，可以使混响声被吸掉